摘 要

随着目前环保意识的不断增强，为了应对环境污染、燃油供求矛盾和降低燃油消耗等一系列问题，要求汽车铸件不仅要有很强的韧性，而且要有较轻的质量。变速器是汽车的重要部件，在生产壳体时使用铝合金可以减轻其重量，最终达到减轻整车重量的目的。对于铸造技术来说压铸技术不仅生产效率高，铸件的精度、强度和表面硬度都比较高，因此，本次设计采用压力铸造技术。

本次设计要对变速箱前壳的压铸工艺及浇注系统进行优化设计。通过对变速箱前壳结构的了解设计浇注系统，即内浇口和溢流槽。选取变速箱前壳的材料为：铝合金SC102A。通过选择和计算得到了如下结果：充填速度在25m/s-30m/s范围内，充填时间范围为0.040s-0.060s、内浇口截面积为2.8×103—5.0×103mm2、压射速度为2.6m/s—14.7m/s。由于汽车铝合金变速箱壳体的尺寸大、形状复杂，进行压铸生产具有比较大的困难，利用铸造仿真软件对铝合金变速箱壳体零件进行压铸过程数值仿真分析，较为准确的预测了零件出现缺陷的位置，并结合压铸生产的铸件分析了缺陷类型及产生原因，通过采用改进内浇道设计，减少了缺陷，提高了压铸件的品质。本次设计根据压力铸造充型过程与凝固过程的基本理论，首先将模型导入铸造模拟软件中，再对对铸件模型进行网格划分，设置材料、初始边界条件等参数，最后进行运算。本次设计对浇注温度和压射速度两个参数进行了模拟仿真，共设计五组浇注方案，通过Anycasting仿真分析软件运算，对结果进行横向比较，最终得出最合适的浇注温度和压射速度并研究不同浇注温度和压射速度对铸件缩孔缩松产生的影响，通过相应的计算分析，获得最佳的工艺参数，最终确定优化方案，即：金属液浇注温度为675℃，压射速度为5m/s。

关键词：变速箱前壳；压力铸造；工艺参数；仿真分析

Abstract

With the current environmental awareness continues to increase, in order to deal with environmental pollution, fuel supply and demand contradictions and reduce fuel consumption and a series of issues, requiring the car casting not only have a strong toughness, but also have a lighter quality. Transmission is an important part of the car, the use of aluminum in the production of shell can reduce its weight, and ultimately achieve the purpose of reducing vehicle weight. For casting technology, die-casting technology is not only high production efficiency, casting precision, strength and surface hardness are relatively high, therefore, this design using pressure casting technology.

The design of the gearbox front shell of the die-casting process and casting system to optimize the design. The gating system, the inner gate and the overflow tank, is designed by understanding the gearbox front shell structure. Select the gearbox front shell material: aluminum alloy SC102A. The filling time is in the range of 25m / s-30m / s, the filling time is 0.040s-0.060s, the cross-sectional area of ​​the gate is 2.8 × 10³-5.0 × 10³mm², and the injection speed is 2.6m / s-14.7m / s. Because of the large size and complex shape of the aluminum alloy transmission case, it is difficult to carry out die casting production. The casting simulation software is used to simulate and analyze the die casting process of the aluminum alloy gearbox shell parts, and the parts are predicted accurately The location of the defect, combined with the die casting production of the casting analysis of the defect type and cause, through the use of improved interior runner design to reduce the defects and improve the quality of die casting. According to the basic theory of the pressure casting process and the solidification process, the model is first introduced into the casting simulation software, and the parameters such as the grid division, the setting material and the initial boundary condition are carried out. Finally, the calculation is carried out. In this design, two parameters of casting temperature and injection velocity are simulated. Five sets of casting schemes are designed. The simulation results are analyzed by Anycasting simulation. The results are compared with each other. Finally, the optimum pouring temperature and injection velocity The effects of different pouring temperature and injection velocity on the shrinkage of castings are studied. The optimum process parameters are obtained by the corresponding calculation and analysis. Finally, the optimization scheme is determined, that is, the casting temperature of the molten metal is 675 ℃, Is 5m / s.

Key words:Gearbox front shell; high pressure die casting; process parameter; simulation analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究的背景及意义 1

1.1.1汽车工业发展 1

1.1.2汽车轻量化技术 1

1.1.3铝合金的应用 2

1.1.4压铸成型技术 2

1.1.5压铸过程仿真模拟技术 2

1.2国内外研究现状 3

1.2.1压铸工艺的发展 3

1.2.2压铸过程数值模拟技术的研究现状 4

1.3本文研究内容及目的 4

第2章 变速箱前壳的压铸工艺设计 5

2.1铸造的分类 5

2.2压铸工艺的介绍 5

2.2.1压铸技术的特点 5

2.2.2压铸新工艺 6

2.3压铸材料的的选择 6

2.4变速器前壳的结构 7

2.5速度参数选择 7

2.5.1压射对充填速度的影响速度 7

2.5.2充填速度的选择 8

2.5.3充填时间参数以及选择 8

2.6金属液浇注温度的选择 9

2.7内浇口及溢流槽的设计 9

2.7.1内浇口的位置 9

2.7.2内浇口的截面积 10

2.7.3溢流槽的设计 11

第3章 铸造过程模拟的数值基础及原理 13

3.1有限元数值模拟方法简介 13

3.2铸件充型过程有限元分析理论基础 13

3.2.1数学模型 14

3.2.2计算方法 14

3.3铸件凝固过程有限元分析理论基础 15

3.3.1铸件凝固过程温度计算数学模型 16

3.3.2压铸凝固过程缩松缩孔的预测 16

第4章 变速箱前壳压铸过程模拟及分析 17

4.1 AnyCasting软件简介 17

4.2 仿真分析步骤及参数设置 18

4.2.1网格划分 18

4.2.2 材料设置 19

4.2.3 初始边界条件 20

4.2.4界面换热条件 21

4.2.5 重力设置 21

4.3 模拟结果分析与讨论 22

4.3.1浇注温度的影响 23

4.3.2压射速度的影响 29

第5章 总结与展望 37

附录A后处理显示程序代码 39

致 谢 53

第1章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.1.1汽车工业发展

随着社会发展和科技进步，我国已经成为世界汽车制造销售大国。相关报告显示，在2001年至2014年间，我国汽车销量实现了大幅度的增长，成为全世界汽车领域的重要增长点^[1]。见图1.1。

图1.1 2001-2013年中国汽车产量和占世界汽车总产量的比重

可是随着产量和销量的提升，制造和使用所带来的污染愈发严重。当今可持续发展已经成为大的前提，所以节能减排是当今制造业发展方向，汽车工业也是如此。汽车使用时所排放的污染物已经对世界环境造成了很大的伤害，汽车所使用的燃料也耗费了世界能源的大部分。为了应对环境问题和节约资源发达国家制定了严格的标准，我国也同样如此。

1.1.2汽车轻量化技术

研究表明，汽车轻量化是降低能耗、减少排放的最有效措施之一。例如汽车每减少100kg，可节省燃油0.3-0.5l／（100km），可减少二氧化碳排放8-11g／（100km）。汽车结构轻量化不仅可以使汽车的动力系统和传动系统减轻质量，由此还可以对动力性、舒适性、操纵稳定性和燃油经济性带来很大的改善。于是从本世纪九十年代开始，众多应对环境污染和可持续发展的大型计划的研究推动了汽车轻量化技术的快速发展

现如今汽车轻量化的主要研究方向和实现路径是对锌镁铝等合金即轻金属的应用。美国的pngv计划中明确提出：对先进轻量化材料进行开发并选用轻量化材料来实现汽车减重。pngv-class样车车身全部采用高强度钢、质量只有218kg,与全铝车身相当。在汽车减重方面,运用轻量化材料来代替传统铸钢铸铁已经成为汽车铸造业的发展趋势^[2-4]。

1.1.3铝合金的应用

实现汽车轻量化的一个重要途径就是采用轻质材料，如铝、镁、陶瓷、塑料、玻璃纤维以及碳纤维复合材料等。

早在二十世纪四十年代就已经出现了用铝合金而不是传统铸铁来生产汽车零件的情况，当时的菲亚特公司开始少量生产铝合金制的进气管和气缸盖。五十年代，澳大利亚引进了英国的低压铸造技术来生产车用铝合金铸件。美国的通用公司也开始大量生产铝合金制造的缸盖和曲轴箱。六十年代后，随着压铸技术的发展，铝合金等轻量化材料开始在汽车上大量应用。由此开始了以铝合金等轻质材料为基础的汽车轻量化技术的推广^[5-6]。

如今铝铸件主要应用方面是汽车工业，日本的汽车工业中铝铸件的应用几乎已经达到了百分之八十。汽车上很多的零部件大到发动机小到门把手还有大型零件的壳体、缸体、箱体已经实现了用铝合金材料代替传统铸铁^[7]。